JPS63134075A - 塗料の塗布・選択除去方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は予め決められたデザインの模様を付着させるた
めの塗料の塗布・選択除去装置および感光性塗料の硬化
のために紫外光源を利用するシステ°ムに関するもので
ある。一つの実施例において、本発明は表面に塗料を塗
布するためのシステムを提供する。もう一つの実施例に
おいて、本発明はある物品の表面にマーク付する方法及
び装置を提供する。本発明は、また製造環境内で自動車
などに装飾的なマークを付着させるのに特に適した自動
化システムをも提供する。

［従来の技術］ 当技術分野における積年の目的は、様々な工業製品に保
護被膜並びに装飾用の縞模様およびマークを付着するに
際し、これをでき得る限り高度に自動化することであっ
た。このような例の一つは、連続的作業ステーションで
複数のロボットを使用することにより、自動車を自動的
に塗装することである。自動車への保護被膜の付着シス
テムはかなり自動化されているものの、ビンストライプ
および七ノグラムなどのような装飾的マークを自動車に
付着するシステムの自動化には様々な問題がつきまとっ
ている。本発明は、感光性塗料の塗布及び硬化技術によ
り、今や多くの用途に固有の諸問題点の解決策を提示す
るものである。自動車は、本発明の技術の利用に最もふ
されしい例となるが、家電製品、家具あるいはおもちや
などをも含むあらゆる製品が本発明の方法によって塗装
及び装飾的マーク付し得るものと理解すべきである。

自動車の製造における現代的な慣行のひとつは、自動車
本体の様々な部分に装飾を施すことである。例えば、自
動車にピンストライプを施すことは比較的一般的な慣行
である。

ビンストライプは目立たせるために塗料の細い線を自動
車本体のしかるべき位置に付着させる工程である。自動
車組立プラントでは、ビンストライプを付着するには２
つの方法がある。いずれの方法を用いるかは、普通、価
格の範囲および自動車の車種による。一つピンストライ
プ付着法ではプラスチックフィルムを使用しており、該
プラスチックフィルムは一巻の粘着テープと同様のもの
である。このプラスチックフィルムは手作業で自動車車
体の所定の部分に付着される。高級な自動車用の第２の
方法では、自動車に手作業で塗料を塗布する。生産ライ
ン上の自動車に、所定の作業ステーションで個々に縞模
様が付される。はとんどそうであるが、このような作業
ステーションには、ここを通過する大量の自動車の処理
能力がなく、バッファとしてのオーバーフローラインが
あって、ピンストライプ付着のために自動車生産ライン
から一時的に外し、後でその生産ラインに戻すことがで
きる。この手作業による塗装工程では、通常所定位置に
来た自動車にアラインメントガイドを真空により取付け
る必要がある。作業員はアラインメントガイドに沿って
塗料供給管を備えた、刻みのある回転体からなる工具を
手で操作して縞模様を形成する。明らかに、多数の縞模
様を形成するには、ピンストライプ模様の幅および複雑
さ並びに自動車車体の輪郭に応じて様々な工具を何度も
通過させることが必要である。ローラーは横すべりする
傾向をもつので、装飾用ピンストライプのテーパーのあ
る端部は描くのが特に難しい。アライメント工具は取扱
いが難しく、時として自動車の塗装面にすり傷を生ずる
恐れがある。この手作業による方法は著しく労働集約的
であり、自動化されるべきである。

従来から行なわれている手作業による縞模様塗布工程を
、単に作業員をロボットで代用することにより自動化す
る試みがなされている。しかしながら、上で明らかにし
たいろいろな問題点の殆どすべてが未解決のままであり
、ロボットの誤操作により自動車車体に実質的な損傷が
生じるという大きな問題もあった。上記諸問題点および
自動車のピンストライプ付着および塗料の塗布・選択除
去に伴う問題を解決するためには、自動化され、かつ非
接触型の方法が必要であると考えられる。

上記諸問題点を克服し得る自動化した塗料の塗布・選択
除去装置を提供するために、本発明のシステムの一実施
例では紫外線硬化型塗料を使用する。紫外線またはレー
ザー光により硬化し得る着色重合バインダの存在は当業
界で公知である。その−例は米国特許第３．８４７，７
７１号明細書に教示されており、また紫外領域に波長を
もつ光で硬化できる他の塗料は、米国特許第３，３８４
，３８７号、同第４，０５２゜２８０号、同第４，１０
７，３５３号および同第４，３５１゜７０８号の各明細
書およびリブニー　（Ｒｙｂｎｙ）等の”紫外線硬化型
コーティング技術における新たな進歩　（”Ｎｅｗ　Ｄ
ｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ　ｉｎ　Ｕｌｔｒａ−ｖｉｏｌ
ｅｔ　　Ｃｕｒａｂｌｅ　　Ｃｏａｔｉｎｇｓ　　Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ”）　　（この文献の内容も本発明の
一部を形成する）かられかる。

ロボットのアームで自動車車体に塗料を付着することも
公知である。例えば、米国特許第４，５３９，９３２号
明細書は自動車の車体を静電塗装するためのロボット塗
装システムを教示しており、該システムは自動車の車体
を少なくとも２つの塗装用ロボットに対して静止位置に
保つのに適した塗料モジュールを備えている。各塗装用
ロボットは、噴霧装置を有し、かつ５つの制御軸を中心
として、噴霧塗料粒子の円錐形のパターンを乱さないよ
うな速度でプログラム化された運動を行う。ここで該パ
ターンの乱れは該ロボットが制御軸を中心とした運動を
行う際に該噴霧装置により生ずるあらゆるジャイロ作用
に起因するものである。自動車の車体塗装用ロボットの
もう一つの例は米国特許第４，４９８，４１４号明細書
に見出すことができる。この明細書は、コンベアライン
に沿って搬送中の自動車の車体に塗装を自動的に施すた
めの自動車車体塗装用ロボットを教示している。このロ
ボットは一つのアームを含み、該アームは、垂直および
水平両面内で回転自在にペデスタル上に支持されており
、また塗布ブースに送られる自動車の車体に塗料を噴霧
する塗料アプリケータをも含んでいる。

［発明の目的］ 本発明の目的は、自動車に自動的に塗料の塗布・選択除
去を行うための方法並びに装置を提供することにある。

本発明では、ロボットのアームで紫外光源を操作して、
未硬化塗料の所定の領域に亘り光を照射する方法並びに
装置が提供される。

本発明ではさらに、自動車、家電製品、家具およびその
他種々の製品にピンストライプおよびモノグラムを形成
する場合のように特異なデザインおよび外装の付着のた
め塗料の塗布・選択除去を、紫外線硬化性塗料を利用し
て達成することを可能とする方法並びに装置が提供され
る。

本発明ではさらに、ステンシルを用いる型のレーザーに
よるマーク付システムが提供され、該システムによれば
複数のステンシルパターンを選択的にレーザービームの
光路に置き、選ばれたパターンで物品の表面にマーク付
することが可能である。

［発明の構成コ 本発明によれば、表面に予め定めた第１の寸法の模様を
付着するための塗料の塗布・選択除去装置であって、 該表面に上記予め定めた模様よりも大きく、かつその上
に重ね合される第２の寸法の紫外線硬化性塗料の被膜を
付着させる手段；上記予め定めた模様と一致する予め定
めたパターンで、上記の付着塗料の被膜に、紫外領域の
平行化されたレーザービームをあてて、該予め定めた模
様の形の塗料を硬化させ、一方で未効果塗料を該表面上
にそのまま残すための手段；および 上記硬化した塗料表面に対して中性・であるように選ば
れた溶媒の適用により、過剰噴霧部分を含む残部の未硬
化塗料を除去して、上記の予め定めた模様の硬化した塗
料を得るための手段を含むことを特徴とする塗料の塗布
・選択除去装置が提供される。

更に、本発明では、物品の表面に、所定の波長を有する
レーザービームまたは光ビームの照射で硬化可能な塗料
を塗布し、所定のパターンをもつ該塗布された物品表面
に上記所定の波長範囲のレーザービームを照射して、該
照射パターン内に含まれる塗料を硬化させ、また該照射
パターン外の塗料を未硬化状態のままとし、該未硬化塗
料を該物品表面から除去する工程を含むことを特徴とす
る物品表面のマーク付方法が提供される。

本発明は、更に自動車などの表面に予め決められた模様
を形成するように塗料を塗布するための塗料の塗布・選
択除去装置をも提供する。表面に紫外線硬化型塗料の縞
模様を塗布するための手段が設けられている。この縞模
様は最終的な所定の模様よりも幅、長さ共に大きな寸法
をもつものである。予め塗布された紫外線硬化性塗料の
縞模様の上に、集束された紫外域のレーザー光または紫
外線の広帯域光源からの光を予め定められたパターンで
照射するための手段が設けられている。例えば、マニピ
ュレータ手段で光を該塗料の縞模様の上に当てて、予め
定められた模様の塗料部分を硬化させる。ロボットのア
ームが光源または光のビーム自体を操作する。最後に、
あらゆる過剰噴霧部分を含む、残された未硬化状態の塗
料部分を除去するための手段が設けられている。この未
硬化塗料および過剰噴霧部分は硬化した塗料表面に対し
て中性であるように選ばれる溶媒の適用によって除去さ
れる。この工程によって、前に塗装された本体表面に輪
郭のはっきりした塗料の選択除去が行われる。

°本発明は、更にある物品の表面に、予め定められた一
連のステンシルパターンから選んだパターンでマーク付
するためのマーク付システムを提供する。これらのステ
ンシルパターンは、レーザービームを発生し、該ビーム
をマーク付すべき物品の表面に向かう光路に沿って投影
するレーザー手段、あるいは紫外線の広帯域源からの光
を集光する適当なレンズ群９共に使用される該広帯域源
と組合せて使用することができる。このステンシル手段
は該レーザービームを通さない材料で作られ、かつ予め
定められた組のパターンを持つ複数の異形の開口部を有
し、該ステンシル手段は該レーザービームの光路内に夫
々のパターンを選択的に配置するように搭載されていて
、上記レーザー手段とは反対側のステンシル装置の側に
レーザービームを形成する。該レーザービームは上記物
品表面にマーク付するための選ばれたパターンに対応す
る横断面を有している。これを紫外線の広帯域光源との
組合せで使用する場合には、以下に詳しく記載するよう
に該ステンシル手段のいずれかの側には適宜レンズが配
置されるものと理解すべきである。

好ましい実施例にあっては、このステンシル手段は回転
自在なステンシル回転体の形をしており、該回転体には
角度的に隔離した複数の形状が異る開口部を有している
。ここで、該回転体は回転させると、開口部の一つをこ
れを通過する光の光路と整列する関係に配置できる。本
発明のさらに別の実施例においては、複数のステンシル
回転体が同心のシャフトに取付けられており、各ステン
シル回転体は異る組合せのステンシルパターンを有して
いる。各ステンシル回転体は、本質的にさえぎられるこ
となしに光を通過させる中性開口部を備えていて、その
結果該ステンシル回転体の一つからのパターンが該光路
内に配置されると、他のステンシル回転体は回転して、
該中性開口部を光路と整列させる。

かくして、光ビームは運ばれたパターンに応じた形状を
有し、かつ妨害を受けることなくマーク付すべき物品に
向って上記他のステンシル回転体を透過する。

［実施例］ 以下、本発明を、添付図面を参照しつつ実施例に゛より
記載する。

本発明の方法および装置は、基板のマーク付および基板
上に感光性塗料の保護被膜を塗布しおよび／または予め
定められた模様の塗料を選択除去することを意図する。

より詳しくいえば、本発明の技術を自動車の車体に利用
すると、従来自動車業界において一般に利用されていた
、手作業による縞模様塗装工程が完全に自動化される。

本発明のシステムは縞模様だけでなくアルファベット、
数字およびその他の任意の模様を選択除去により施すの
に利用できる。本発明の好ましい実施例は選択除去によ
る自動車へのピンストライプの塗装に向けられたもので
あるが、本発明の方法は、例えば高速道路の通報標識、
家電製品などに任意の装飾を施したり、個人的注文に応
じた塗装を行う際に利用することもできるものと理解す
べきである。本発明の好ましい態様は自動車への塗料の
塗布・選択除去を指向するものであるが、本明細書に開
示された技術およびシステムは任意の様々な塗装用途に
容易に利用できることを理解すべきである。

一実施例においては、塗料の塗布・選択除去システムム
は下塗りを施した自動車に幅広の縞の形状にロボットに
より塗布される紫外線硬化性塗料を使用している。この
幅広の縞は最終的に望まれる模様の幅よりも大きな幅を
もつ。紫外領域における光を放出するエキシマ−レーザ
ーまたは広帯域紫外光源などの紫外線源はマニピュレー
タで調節され、この光源からのビームは所定のパターン
または位置にある塗料のみを硬化させる。過剰に噴霧さ
れたものを含む残りの未硬化塗料は、次いでマイビュレ
ータを用いることにより自動的に除去される。かくして
、誠に自動的で、非接触形の、プログラム可能な塗料の
塗布・選択除去装置が提供される。

紫外線硬化性塗料は特許文献、例えば米国特許第３，８
４７，７７１号；　　４，０５２．２８０号；　４．１
０７゜３５３号及び第４，３５１．７０８号明細書中に
教示されている。塗料を硬化するための平行化されたレ
ーザー光源または集束された広帯域紫外光源を用いると
、基板上の精確な位置に最も輪郭のはっきりした硬化塗
料の模様が形成され、これは従来型のマスクなしに達成
できる。

−以　　下　　余　　白　　− ウェスチングハウス・エレクトリック社は、汎用型の垂
直軸マニピュレータシステムを開発し、市販している。

これは米国特許第４．５７１，１４９号明細書に開示さ
れている。このマニピュレータはガントリー型の垂直軸
マニピュレータであって、ＸおよびＹ＠集合体用のラッ
クおよびピニョン機構およびＺ軸系合体用のボールスク
リュ一式機蔵駆動機構を備えている。このマニピュレー
タシステムは、従来型の数値制御法により調節される閉
ループＤＣサーボ制御電気的駆動装置を使用している。

回転インデックス特性によりＹ軸集合体の水平回転が可
能であり、該Ｙ軸集合体はＸ軸集合体の走行終点におい
てＺ軸条合体を支持していて、Ｘ軸集合体のいずれかの
側における作業域を守備範囲とするか、あるいはＺ軸条
合体に支持されているエンドエフェクタの保守を容易な
ものとする。

このガントリー型ロボットは、以下で述べるようなエキ
シマ−レーザー源あるいは広帯域紫外光源を支持するの
に使用でき、またこれは米国特許第４，５３９，４６２
号明細書に教示されているロボットによるレーザービー
ム搬送システムと組合せて用いることができる。このロ
ボットによるレーザービーム搬送システムは光ビーム指
向装置を含み、これはレーザーなどの反射され平行化さ
れた光ビームを、複数の真直ぐなセグメントを含む通路
に向けるのを可能とする。該ビームの各セグメントは固
定された空間配置関係でロボットアームのセグメントと
関連している。このようなシステムは、上記特許の具体
例であるシリーズ６０００ガントリーロボツト（Ｓｅｒ
ｉｅｓ　６０００　Ｇａｎｔｒｙ　Ｒｏｂｏｔ）などの
ロボットが該ロボットの褌業領域内の任意の点にレーザ
ービームを指向するのを可能とする。添付の第１図を見
ると、Ｘ軸系合体１１５　、Ｙ軸系合体１１７およびｚ
軸系合体１１９からなる３つの直交軸集合体を備えたマ
ニピュレータシステムが図示されている。多軸回転リス
ト機構１２１をＺ軸集合体１１９に機械的に取付けて、
本発明を実施するのに必要な、適当なエンドエフェスタ
を装着することができる。

Ｘ、ＹおよびＺ軸系合体の動作可能な装置全体は垂直方
向の支持部材１２３によってガントリー型の構成で支持
され、該部材は作業場の床１２５に固定されている。こ
のマニピュレータシステム１１３の動作を工作機械のよ
うに制御するのは従来型の数値制御コンソール１２７に
よって行なわれる。ここで、該コンソールはウェスチン
グハウス・エレクトリック社から人手できる。ガントリ
一式に構成されたＸ、ＹおよびＺ軸系合体をこの直交軸
工作機械態様で用いると、矩形の作業領域に対応する最
適の作業空間が得られる。このガントリー構成の直交軸
マニピュレータシステムは所定の作業工程を実行するの
に必要なリストの関節数を大幅に減じる。また、更に補
助的な装置の必要性をも減じる。各軸系合体の閉ループ
ＤＣサーボモータ装置用のパルス幅変調式駆動が、ロボ
ット制御コンソール１２７の駆動キャビネット部分に位
置する従来型の駆動回路を使用して行われる。この直結
ＤＣサーボモータ装置はモータ・タコメータパッケージ
およびリゾルバまたはエンコーダを含む。

該タコメータは上記制御コンソールに速度フィードバッ
ク情報を与え、一方すゾルバは制御コンソールに、駆動
モータから直接位置フィードバック情報を供給する。こ
れによって極めら安定なサーボ応答が得られる。

第１図に示すようなＸ軸系合体１１５は密閉セル型の構
造からなり、この構造はＸ軸ギヤリッジがＸ軸案内シス
テムに沿って移動する際の該キャリッジのねじりによる
たわみを最小限に抑える。これによって所定のシステム
精度および再現性が与えられる。Ｘ軸案内システム、あ
るいは通路システムは２つの径３インチの基礎案内レー
ル１３１および１３３を含み、これらはねじりによる曲
げモードに対して最大の剛性を与える。この２重レール
システムは支持部材１２３により支持され、閉ループＤ
Ｃサーボ制御に応答して、Ｘ軸ギヤリッジが、滑かに低
摩擦で移動出来るようにする。このＸ軸ギヤリッジ１２
９は線形軸受により案内レールに１３１　と１３３に結
合されており、該軸受は予圧されまたハウジング１３５
内に密封されて、汚染物から保護されている。

Ｘ軸系合体の機械的駆動機構はラックとビニョンシャフ
トより成る構成であり、該シャフトはＤＣモータ・タコ
メータパッケージに直結されている。

Ｙ軸系合体１１７はＸ軸系合体１１５から垂直に伸びて
いるアームとして機能する。このＹ軸条合体は支持部材
集合体１３７と二重レール装置とを含み、後者はＹ軸ギ
ヤリッジのＹ軸穆動中並びに作業域Ｚ内でのＺ軸系合体
の位置決め中における応力および回転方向のたわみを最
小限に抑える。案内レールはカバー１３９で保護されて
いる。

Ｚ軸条合体１１９はボールスクリューと固定ナツトとか
らなるボールスクリュー機構と、Ｚ軸ギヤリッジをｗＡ
！ｌｌＩモータ・タコメータパッケージモータに応答し
て移動させるための案内レールからなるレール機構とを
組合せて利用している。二重レール機構は同様にＸおよ
びＹ軸について上記したように機能する。

上記の直交軸マニピュレータシステムに関連する更に別
の固有の特徴は、本発明の出願人に譲渡され、本明細書
の一部に組込まれる米国特許第４，５７１，１４９号明
細書に記載されている。

添付の第２図を見ると、全体を参照番号１５１で示す作
業セルは本発明を組込んだものである。この作業セル１
５１は自動車製造設備の組立てラインに沿って配置され
ている。全体を参照番号１５３で示したコンベアライン
は一連の作業ステーションを通して自動車１５５を搬送
し、該ステージ９ンでは自動車の組立てが行われる。こ
こに示した塗料の塗布・選択除去作業セル１５１は該組
立てラインの終点近傍に配置されるものと仮定するのが
妥当であろう。自動車１５５の各部は夫々フロントＦお
よび右側並びに左側、Ｒおよびして表示されている。こ
の作業セル１５１では２つのユニメートシリーズ（ＵＮ
ＩＭＡＴＥ　５ｅｒｉｅｓ）　６０００ロボツト１１３
を使用している。第２図に図示したように、直交軸シリ
ーズ６０００ロボツト１１３は作業域Ｚ′を有している
。ここでは２つのシリーズ６０００ロボツトが示され、
それぞれの作業域はＺｏおよび２”で示す。自動車が作
業セル１５１を横切る際、自動車１５５の左側りは作業
域Ｚ゛を通過し、自動車１５５の右側Ｒは作業域Ｚ”を
通過する。このように、作業セル１５１内で、マニピュ
レータ１１３の各々のＸ軸１１５はコンベア手段１５３
に対して平行に配置されている。従って、シリーズ６０
００ロボツト１１３の各々のＸ軸ギヤリッジ１２９は、
自動車１５５に所定の塗料の塗布・選択除去を施すのに
適した速度で、Ｙ軸系合体１１７を搬送することができ
る。コンベアシステム１５３にはある手段を設けて、Ｘ
軸ギヤリッジ１２９の運動を協調させるために、作業セ
ル１５１を通過するコンベア１５３の速度情報を発生さ
せることが可能である。

第３図を参照すると、本明細書に記載の方法を実験的に
検証するのに使われる光学系の等角投影図が、全体を参
照番号１７５で示されている。この実験用光学系１７５
はエキシマ−レーザー１７９を搭載した基板１７７　と
、サンプル１８３を搭載した並進ステージ１８１とを含
む。並進ステージは矢印１９１で示された方向に８動す
る。

ウエスチングハウス・エリクトリック社で開発された紫
外線硬化性塗料は、効率の良い硬化を達成するのに２５
０〜４００　ｎｍの波長範囲の放射を必要とする。この
放射は市販の紫外光ランプ装置または適当なレーザー装
置により得ることができる。この作業のために利用でき
る市販のレーザーは１９３〜３５０　ｎｍの範囲の波長
を有する光を放射するエキシマ−レーザーであり、これ
らはおそらく最も適したものであろう。エキシマ−レー
ザーは、約３００Ｗまでの出力レベルを得ることのでき
る高信顆度の工業的手段として開発されている。

この本発明の方法の実験的検証では、エキシマ−・キセ
ノン・フルオライド・ガスレーザー１７９を用いたが、
これは平均１５０１の出力をもち、３００　ｔ＋ｍの波
長の紫外線を放出し、そのパルス繰返し率は５００ｆ（
ｚであった。アルミニウムＱパネルを、感光性塗料の硬
化状態を調べるために用いた。厚さ１ミルの塗料１９３
をガードナーナイフで塗布した。Ｑパネル上での放射強
度は、繰返し率、パルスエネルギー、レーザーの焦点面
積およびサンプルの並進速度により決定される。テスト
パネル上に硬化塗料の縞状パターンを形成するために、
２つ方法を利用した。レーザービームな異るスポットサ
イズで集光できるインテグレータをまず使用したが、放
射強度が高すぎて塗料を適当に硬化できず、しかも感光
性塗料の分解がみられた。そこで、ビーム１９７がテス
トパネルにあたる前にアパーチャ手段１９５で画定され
るアパーチャスリットにレーザービームを通すことによ
り、縞状パターンを調節した。放射に露される面積は、
アパーチャ手段１９５およびレンズ１８９の開口に依存
して規定される幅に制限される。この方法は幅の異る縞
状パターンを得るのに極めて適している。スリット位置
は縞の所定の幅に依存する。１７８インチ未溝０任意の
幅の縞を得るには、該スリットを集光レンズおよび光源
両者を越えて、パネル　（１７２インチ）に極く近接し
て配置する必要がある。また、任意の他の幅の縞を得る
ために、該スリットを光源と集光レンズとの間に置くこ
とができる。

２種の感光性エポキシ塗料、即ち白色塗料および赤色塗
料をこの研究のために用いた。

この白色塗料はその紫外線吸収性のために赤色塗料より
も一層硬化が難しい。従って、まず白色塗料につき硬化
条件を確立した。これはまずレーザー出力レベルを遭択
することにより行った。初めに、レーザーを２９０ｍＪ
／パルスおよび１００Ｈｚ　（２９Ｗに等価）に設定し
、パネルを１インチ／秒の速度で移動させた（コンピュ
ータ制御された並進ステージで）。このような条件の下
では硬化作用よりもむしろ分解作用がみられた。そこで
、レーザーエネルギーを１５０ｍＪ／パルスなる条件ま
で下げた。このエネルギーを全実験を通して使用した。

レーザー出力は全く安定であり、１０時間に及ぶ実験中
一定に保たれた。出力の選択後、塗料の硬化はテストパ
ネルの並進速度で調整した。数種の速度につき検討した
。０．５インチ／秒なる速度の下での露光１行程後に接
触乾燥被膜を得た。従フて、塗装したパネル上での塗料
縞をテストするために、１５Ｗ　、　１００Ｈｚおよび
０．５インチ／秒という最終的硬化条件を確立した。

感光性塗料は、塗装された自動車車体などのような感熱
性基板上で高速硬化するという利点を持つが、白色塗料
の硬化の度合および型はともに、硬化させる塗料塗膜の
厚さに大きく影響される。塗膜が１ミル以上の厚さをも
つ場合、表面のみが硬化し、しかもシワのある外観を呈
する。レーザー照射後、未露光領域の塗料はメタノール
で洗い流した。露光領域は高い分解能のエツジ特性を示
した。すなわち、境界が非常にはっきりしていた。この
実験により、紫外線硬化性塗料の硬化を制御するという
思想の実現可能なことが立証され、この独特の硬化法に
より高分解能のパターンを得ることができる。

自動車に適用されるようなビンストライプの”生産ライ
ン”での硬化に必要とされる、紫外線レーザーの動作パ
ラメータの予備的な見積りについては、これらの実験で
得られたデータから推定できる。エキシマ−レーザーは
極めて短いパルス長、典型的には２０〜１００ｎｓｅｃ
をもつパルスモードで動作し、これにより極めて高い出
力密度の紫外線パルスが得られる。塗料サンプルへのこ
の高エネルギー放射出力の効果はビームインテグレータ
を用いた初めの実験でみられた。これらのテストにおい
て、単一のレーザーパルスで塗料表面の劣化が生じた。

これらの実験のレーザー動作パラメーターから、塗料表
面でのレーザー出力密度は、ビームサイズ約１ｃｍＸ　
１ｃｍに対して、約２．５　ｘ　　１０６Ｗ／ｃｍ２で
あると推定した。

ビ・−ムインテグレータからのより大きなサイズのビー
ムを用いて行った他のテストによれば、塗料表面に入射
するエキシマ−レーザー放射の出力密度の予備的な上限
は約０．５×１０６Ｗ／ｃｍ２に設定すべきことが示唆
された。このエキシマ−レーザーにとって、この条件は
約４０ｍＪ／パルス／ｃｍ２なるエネルギー密度に相当
する。

パネル上でのエキシマ−レーザーによる塗料硬化のテス
トはアパーチャスリットを使用して実施した。これらの
実験では、このレーザーを繰返し率１０Ｇ　）ＩＺで動
作させて、塗料表面に１５Ｗのエネルギーを供給させた
。この塗料サンプルを０．５インチ／ｓｅｃなる速度で
レーザービームを横切るように移動させた。これらのパ
ラメーターおよび塗料表面でのレーザービームの実測横
断面積を用いた場合、該塗料サンプルを硬化するには約
７．５Ｊ／ａｍ２という全レーザーエネルギーを要する
ものと思われる。製造の現場におけるレーザ動作パラメ
ーターを計算するために、８Ｊ／ｃｍ２なる全レーザー
エネルギーが必要であると想定する。この値は、従来型
の紫外線ランプを放射源として使用する場合に必要とさ
れる推定全紫外線エネルギーと良く一致することに注意
され度い。この結果を上記の推定最大エネルギー密度を
組合せると、塗料を硬化するのに各表面積で必要とされ
るレーザーパルスの総数は約２００であることがわかる
。

製造現場で達成できる硬化速度の見積りは、レーザーの
性能を外挿し、かつ上記のパラメータを用いることによ
り得ることができる。ＸｅＦ誘導放出遷穆で動作させる
と、このレーザーは出力エネルギー１００Ｗのパルスを
パルス繰返し率３００Ｈｚで発射する。対応するパルス
エネルギーは３３３ｍＪ／パルスである。このエネルギ
ーは、表面に損傷を与えることなしに、約８　、３　ｃ
ｍ２の塗料表面を照射するのに十分である。パルス繰返
し率３００）１ｚで動作させることにより、毎秒１２．
５ｃｍ２（８，３ｘ　３００／２００・１２．５）の全
面積を硬化出来る。硬化されつつあるビンストライプが
幅０．５インチである場合、約４インチ／ｓｅｃなる硬
化速度が達成できよう。この場合に使用されるレーザー
ビームの横断面の寸法は０．５インチ×２．６インチで
ある。

放電特性があるために、エキシマ−レーザーは常にパル
スモードで動作させ、この場合パルス幅は極めて小さく
、通常１００ｎｓｅｃ未溝である。第４図のグラフはエ
キシマ−レーザーにより作られる典型的なパルス列を示
す。

この図は時間の関数として、レーザーにより放出される
パルス出力をプロットしたものである。パルス間の時間
間隔Ｔ３−７２またはＴ、−ＴＩは、単一パルス動作に
対応する極めて大きな値から、゛高繰返し率”動作に対
応する１７５００秒なる値までの範囲に及ぶ。このレー
ザーにより発生される定常状態での平均出力は図に招け
るＰａｖで表わされる。３００ＷまでのＰａｖの値がエ
キシマ−レーザーを用いて達成できる。

エキシマ−レーザー放射のパルス幅が極めて小さく、し
かもパルス間隔、Ｔ２−ＴＩが比較的長く、２ｍ５ｅｃ
以上であるので、レーザーのピーク出力、Ｐｐｌｌ、ｋ
、およびパルス幅Ｐ°に亘る平均出力は非常に高くなる
傾向を示す。工業用エキシマ−レーザーの典型的なＰｏ
の値は１０〜１００ＭＷの範囲である。レーザーパルス
放射中のこのように高い平均ピーク出力のために、照射
される塗料表面が損傷を受けないように充分な注意をす
る必要がある。この損傷は主として塗料フィルムおよび
基板表面が過熱される結果として生じる。この表面損傷
を回避するために、殆んどの場合、レーザービームの焦
点をぼかして、平均レーザーピーク出力密度を減らす必
要があろう。実験ではこの平均レーザーピーク出力密度
を約０　、５　ＭＷ／ｃｍ２以下に保つ必要があること
がわかった。

エキシマ−レーザービームと塗装表面との相互作用の特
徴の多くが第５図に模式的に示された一次元モデルを検
討するとわかる。この分析において、レーザービームＬ
Ｂは均一で、横断方向のばらつきはなく、しかも塗装膜
ＰＦは均一で、その表面ＳＵは平坦かつレーザービーム
の入射方向に対して直角であると仮定する。これらの条
件は、以下の条件が満足されればほぼ正しい。

１、実際のレーザービームの横断方向の寸法は塗料フィ
ルムの厚さよりも非常に かなり大きい。

２、実際のレーザービームの横断方向の寸法は、下地材
料中における熱拡散距離 よりも非常に大きい。

３、表面の輪郭および塗料膜厚の変化に対する横方向の
縮尺は塗料の平均膜厚よ りも非常に大きい。

エキシマ−レーザーによる硬化を首尾よく達成するのに
満たさなければならないもう一つの条件は、該レーザー
ビームが部分的に該塗料フィルムを透過しなければなら
ないことである。この条件は、塗料の”硬化”を開始さ
せる光開始剤が該レーザービームのフォトンに゛より活
性化できるために必要となる。従って、エキシマ−レー
ザーからのパルスビームが塗装面に入射した場合、該放
射の一部が塗料フィルムに吸収され、該ビームの残りが
下地材料の表面にまで透過し、そこで反射して塗料フィ
ルム内に戻されるか、あるいは該下地材料に吸収される
。該下地材料によって反射されるレーザービームの一部
は再度塗料膜によってその一部が吸収され、残りは空間
に伝達されて、失われる。

上記の条件Ｎｏ、　　１は該レーザービームが数ｃｍの
径を有し、塗料フィルムが典型的に０．００５インチ未
満の厚さを有するこの状況においては満たされる。上記
の第２の条件は、該材料の熱拡散率にとレーザーパルス
幅七〇とを考察する必要がある。この熱拡散率は次式％
式％（１） で与えられ、ここでｋは熱伝導率であり、ρ。は密度で
あり、Ｃは比熱である。典型的な下地材料ではに−０，
７０Ｗ／ｃｍ＠Ｋ　％　９ｏ　−７，８ｇｍ／ｃｍ３お
よびＣ−０，１２ｃａｌ／ｇｍ　”　Ｋであり、この場
合に−０，１８ｃｍ２／ｓｅｃである。典型的なエキシ
マ−レーザーのパルス長１００ｎｓｅｃの間にこのよう
な材料中に熱波が進む距離ｄは次式（２）： ％式％ であり、これは容易に上記第２の条件を満足する。上記
第３の条件は自動車の殆どの領域に亙り満たされねばな
らない。

上述の如く、平均レーザーピーク出力密度は、塗料フィ
ルムの熱損傷を防止するには、０．５ＭＷ／ｃｍ２以下
に保つ必要がある。既に述べたように、入射レーザーエ
ネルギーの一部は塗料フィルム自体に吸収され、かつこ
のエネルギーの一部は下地材料に吸収される。そこで、
この吸収されたレーザーエネルギーにより、該塗料フィ
ルムおよび下地材料中にみられる温度上昇を推定する。

下地材料の場合につき、まず考察する。

第５図に示した一次元モデルに対し、下地材料中での熱
流方程式は次式（３）： で与えられ、ここでＴ（Ｚ、ｔ）は位置Ｚおよび時間ｔ
の関数としての温度であり、Ａ（Ｚ、ｔ）は位置及び時
間の関数としての、単位体積当なり、かつ単位時間当た
りの発熱量である。

一定のレーザー光束Ｆ０が下地材料の表面（２・０）で
吸収され、かつ該材料に何等相変化がないものとすると
、式（３）　に対する解は次式（４）： で与えられる。（ここで、関数１ｅｒｆｃは相補的誤差
関数ｅｒｆｃの積分を表わす）。表面（Ｚ−０）上で、
この解は次式（５）： によって与えられる簡単な放物線の形をもつ。

吸収されたレーザー光束Ｆ０と入射レーザー光束Ｉ０と
の関係は次式（６）： ％式％（６） で与えられ、ここでＲ（λ）は表面反射率であり、α（
λ）は吸収率である。一般にＲ（λ）およびｄ（λ）共
にレーザー放射の波長λに依存し、従ってＦｏも波長に
依存する。即ちＦｏ−ＦｏＣλ）である。これらの結果
を式（５）は代入すると、最終的に次式（７）：が得ら
れる。

既に述べたこれらの条件の他に、式（７）で示される解
では、時間及び温度とは無関係に、パラメータα（λ）
、ｋおよびＫが一定であると仮定している。一般にこれ
は正確には正しくないが今対象としている範囲では変動
はそれ程大きくない。更に、殆んどのパルスレーザ−の
ピーク出力ＦＯ（λ）は一定ではなく、第４図に示すよ
うに出力は連続的に変化する。これらの制約にも拘す、
上記式（７）で示される簡単な解析による解は適当なレ
ーザー動作パラメータを選択する上で非常に有用である
。

式（５）を用いて得られる、入射レーザーパルス長の関
数としての下地材料表面温度の増加を計算すると第６図
に示すようになる。この図には、異なる吸収レーザーパ
ルスエネルギー密度の想定値に対応する種々の曲線が示
されている。

前に述べたように、塗料フィルムはレーザービームを一
部透過させるので、該塗料を”硬化”させる光開始剤を
活性化できる。レーザーが該塗料フィルムを伝播する際
に、該レーザービームエネルギーの一部が吸収される。

この吸収されたエネルギーの一部は該光開始剤を活性化
させ、該ビームエネルギーの残部は熱に変わり、これが
塗料フィルムの温度を上昇させる。該塗料フィルムの温
度上昇の予想値Ｔ２は大体次式（８）： で表わすことができる。ここで、Ｆｐは該塗料フィルム
中に吸収されたレーザー光束であり、Ｃ２は該塗料物質
の比熱、ρ、は該塗料物質の密度、ｄ、は該塗料フィル
ムの膜厚である。典型的な紫外線硬化性塗料の材料は、
ＣＰ−０，２２ｃａｌ／ｇＩ１１＠におよびρｐ　　”
　１．１ｇｍ／ｃｍ３である。式（８）を用いて得られ
る、膜厚の関数としての該塗料フィルム温度上昇の計算
値は第７図に示されている。第７図における様々な曲線
は、吸収されたレーザーパルスエネルギー密度の種々の
想定値に対応する。

上述の解析の結果を第６図および第７図と共に用いて、
紫外線硬化性塗料の種々の用途に使用するレーザー動作
パラメータの範囲を決める。一旦これら塗料パラメータ
、即ち紫外線に対する塗料の透過率、塗料フィルム膜厚
、レーザーパルス長などが決定されると、適当なレーザ
ー動作パラメータを選択することができる。次いでレー
ザービームを被加工品に伝送するのに使われる光学系を
調整して、塗装された表面のレーザーエネルギー密度を
、該塗料フィルムあるいは基板材料に損傷を与えないよ
うな値にすることができる。

実験によりレーザーによる塗料硬化の研究を行ワた結果
、約０．０４０Ｊ／パルス／ｃｍ２のレーザーエネルギ
ー密度では塗料に損傷が生じないことが解った。これら
の研究により、約７．５Ｊ／ｃｍ”なる全レーザーエネ
ルギー密度が塗料サンプルを硬化するのに必要であるこ
とがわかった。（興味あることに、この値は、従来型の
紫外線ランプを光源として使用した場合に必要とされる
全紫外線エネルギーの想定値と良く一致する）。これら
の結果を総合すると、全体で１８０〜２００個のレーザ
ーパルスが各表面領域において塗料を硬化するのに必要
とされることがわかる。自動車の装飾的な塗装あるいは
ビンストライプ形成のためにエキシマ−レーザーシステ
ムを用いる場合、被加工品またはロボットであるレーザ
ービームマニピュレータの動作を制御して、硬化すべき
全塗料面が、該塗料を充分に硬化するのに必要な数のレ
ーザーパルスの照射を受は取るようにする必要がある。

塗料の塗布及び選択除去工程を、第２図の作業領域に示
した自動車１５５の左側りで実施されるものとして、′
ｓ８図に示す。初めに塗布した縞”Ｓ“の幅は、図示の
目的でのみ、所望される縞”Ｄ”の幅よりもかなり大き
いものとして示されている。この未硬化の塗料は硬化さ
れる縞”Ｄ”よりも大きな幅で塗布するだけでよい。所
望の縞”Ｄ”の紫外線硬化部分は未硬化の縞”Ｓ”内に
伸びるように示されている。所望の縞”Ｄ”の硬化後に
除去される塗料”Ｓ”の部分を破線で示し、かつＣ”で
表示した。この縞”Ｓ″の未硬化部分は破線で示し、”
Ｕ”で表示した。この塗布、硬化及び除去作業を行うア
ーム工具の端部は左から右に穆勤する。

本発明の方法は、それ自体、２種の異なる色が接すると
ころで自動車車体に沿ってマスク用縞を付着させること
により、自動車の”ツートーン（ｔｗｏ−ｔｏｎｅ）”
カラーの塗装の単純化を可能にする。かくして、この選
択除去法は、自動車に、より進んだ多色模様を形成する
のを容易にする。

上述の如く、表面に固着すべき特定の塗料パターンの制
御をレーザービームまたは広帯域紫外光源の操作して行
うことができる。本発明のもう１つの特徴によれば、物
品の表面をマーク付する方法が提供される。このマーク
付法は、物品の表面を塗料で被覆し、次いでその被覆表
面を所定のパターンに沿ってレーザーまたは広帯域紫外
光源のいずれかで照射して、該照射されたパターン内に
含まれる塗料を硬化させると共に該照射パターン外の塗
料を未硬化状態にしておくことを含む。光のパターンの
制御及び画定技術は独特のステンシル回転体の模様を含
むレーザーマーク付システムによって達成される。

第９図をみると、平行化された光ビームを発生し、投射
するための従来型のレーザー１を含むレーザーマーク付
システムの公知の配列が示されている。上記ビームを以
下レーザービーム３という。レーザービーム３を透過し
ない物質でできたステンシル５が該レーザービームの光
路内に配置されている。ステンシル５は所定形状の開口
部をもち、これは第９図では文字”Ｗ”であり、該開口
部はレーザービームの横断面の形状を決めるステンシル
パターンを構成し、レーザービームは該開口部を通過し
てマーク付すべき物品の表面に照射される。ステンシル
５と表面７との間にはレンズ９が設けられていて、公知
の方法でレーザービームが集束される。このレーザービ
ームは、ステンシル５の開口部の形状により画定される
パターンで、表面７に恒久的な目に見える損傷を与える
ことにより表面７をマーク付する。物品表面に形成する
パターンのサイズは、ステンシルと物品との間の距離及
びレンズの焦点距離に依存する。一般に、ステンシル５
はある特定の型のホルダー（図示せず）に取付けられて
いる。異なるパターンを物品上に形成しようとする各時
点で、ステンシルをホルダーから物理的に取り外し、他
の所望のパターンをもつ新たなステンシルを該ホルダー
に挿入しなければならない、したがって、第９図に示し
たレーザーマーク付システムは、幾分不体裁でかつ使用
するのに時間がかかり過ぎるものである。

上で概説した欠点を解消するために、上述の塗料塗布シ
ステムの能力を増大するばかりでなく、基板の表面への
マーク付に役立つマーク付システムを開示する。第１０
図は、第９図に示したものとほぼ同じ部品より成るレー
ザーマーク付システムの一実施例を示しており、ここで
は第９図と同様な部品は同一の参照番号で同定されてい
る。第１０図に示すように、回転軸１３を有し、かつ周
縁部近傍に弧状に配置された種々の形状の開口部１５か
らなる複数のステンシルパターンを備えたステンシル回
転体１１が、第９図のシステムで用いた単一のステンシ
ル５の代りに使われている。かくして、ステンシル回転
体は該ステンシル回転体上に設けられたステンシルパタ
ーンの所定の１つを、レーザー１から放射されるレーザ
ービーム３の光路に選択的に配置すべく回転できる。

第９図におけるように、ステンシルを通過したレーザー
ビームの部分は該レーザービームの光路内にあるステン
シルパターンの形状に対応する横断面をもつ。次いで、
このような形状のビームはレンズ９によって物品の表面
７に集束されて、選ばれたステンシルパターンに応じて
物品をマーク付する。該物品を他のステンシルパターン
でマーク付するためには、該物品を１つの方向あるいは
他の方向に割り出すか、あるいはパターンを重ね合せよ
うとする場合には同一の位置に保つことができ、かつス
テンシル回転体を選択的に回転させて、もう１つの所望
のパターンをレーザービーム３の光路内に配置する。第
１０図に示したように、文字”Ａ”および”Ｂ”を物品
の表面７上に形成する場合には、ステンシル回転体１１
の文字”Ａ”および”Ｂ”に対応するステンシルパター
ンをレーザービーム３の光路内に逐次配置させる。

ステンシル回転体１１は手で操作して、選ばれたステン
シルパターンの１つをレーザービーム光路内に配置する
か、あるいはタイプライタ−の”ディジー回転体（ｄａ
ｉｓｙ　ｗｈｅｅｌ）”が異なるアルファベット−数値
を印字するために制御されるのと同じ方法で自動的に制
御でき、このような自動制御システムは一般に公知であ
り、本発明のいかなる部分も構成しない。

ステンシル回転体１１は、レーザービームを透過させず
、薄い円板を形成するのに適した任意の材料、例えば銅
、アルミニウムまたはタングステンなどの種々の型の耐
火材料で作ることができる。任意の適当な市販のレーザ
ーはいずれもこの表面マーク付システムに使用できる。

レーザーの規格はマーク付すべき材料の特性にどちらか
と言えば依存する。

しかしながら、一般には任意の適当なＣＯ２レーザ−、
エキシマレーザ−あるいはＹＡＧレーザーが利用でき、
これはマーク付すべき材料の特別な要件および物品上に
形成すべき像のサイズに依存する。（紫外線硬化性塗料
に関するレーザーの説明から理解されるように、Ｃｏ２
およびＹＡＧレーザーは紫外線による塗料硬化の用途に
は適さないかも知れない）。様々な型のレンズがレーザ
ービーム集束用として市販されている。例えば、ゲルマ
ニウム、ガリウム・ヒ素、セレン化亜鉛あるいは種々の
塩例えば塩化ナトリウム、塩化カリウムまたは臭化カリ
ウムなどでできたレンズが００２レーザーからのレーザ
ービームの集束に利用できる。通常のガラスレンズはＹ
ＡＧレーザーからのビームを集束するのに使用できる。

石英レンズはエキシマ−レーザーからのビームを集束す
るのに使用できる。レンズ９は第１０図において単一の
レンズからなるものとして示されているが、より精巧か
つ複雑なレンズ系（ズームレンズを含む）を使用するこ
とができる。また、レーザービームの集束のために、レ
ンズ９の代りに鏡を用いることも可能である。

第１１図は本発明によるレーザーマーク付システムの一
実施例を示すものであり、これは回転軸９の回に回転自
在に取付けられた２つのステンシル回転体１７ａおよび
１７ｂを用いている。ステンシル回転体１７ａおよび１
７ｂは夫々別々のシャフト２°３ａおよび２３ｂに取付
けられており、これらシャフトは互いに同心状であり、
シャフト２３ｂは中空でシャフト２３ａを包囲している
。かくして、ステンシル回転体は別々に回転でき、かつ
互いに独立に制御できる。ステンシル回転体１７ａおよ
び１７ｂは夫々中性開口部２１ａおよび２１ｂをもち、
その各々はレーザー１から放出されるレーザービームの
横断面の寸法と本質的に対応するサイズを有する。かく
して、レーザービームの光路と整列する中性位置にステ
ンシル回転体１７ａ及び１７ｂのいずれかを保持して、
該ステンシル回転体の他方を選択的に回転させ、レーザ
ービームとのｕ　列位置にそのステンシルパターンの１
つを配置して、該選択されたステンシルパターンで物品
をマーク付することができる。便宜的に、ステンシル回
転体を２つだけ示したが、３またはそれ以上のステンシ
ル回転体を第１１図に示した２つの回転体と同様に使用
することができることは当業者には明らかなはずである
。

上記のようなレーザーマーク付システムは、マーク付す
べき物品の表面を被覆するのに使用する、レーザービー
ムで照射すると硬化する塗料と共に使用できる。このよ
うな構成において、第１０図および第１１図に示したよ
うなレーザーマーク付システムは、塗装表面に照射され
るレーザービーム部分の制御の点では、第３図のアパー
チャ一手段１９５と同様に機能するであろう。更に、本
発明の別の実施例においては、選ばれた光学系をもつ紫
外光の広帯域源を上記のレーザーの代りに用いることが
できる。この別の実施例では、ステンシル回転体付き紫
外線レーザーマーク付システムが通常の広帯域紫外線ラ
ンプを照射源として使用できるように改良されており、
第１２図において、全体を参照番号２０１で示す。従来
型の広帯域紫外光ランプ源２０３は適当なコリメートレ
ンズ２０５を備え、ステンシル２０フを照射するのに用
いられる。全ての点で、第１２図のステンシル２０７は
上記第１０図および第１１図に示されたステンシル手段
と同じである。このステンシルを通過する紫外光はズー
ムレンズ手段２０９で遮断され、かつ基板２１３上に塗
布されている塗料フィルム上に集束される。ズームレン
ズ２０９を用いることにより、得られる塗装膜上の像の
サイズは、単に該ズームレンズの有効焦点距離を変える
ことにより容易に変化させることができる。使用するズ
ームレンズ系２０９は、また最近のカメラ装置と同様に
自動焦点機構を備えることができる。

この特徴により、塗料フィルム上のステンシルの像は、
ステンシル手段２０７と塗料フィルム２１１との間の距
＠Ｄが変化した場合にも鮮明に保つことができる。この
ズームレンズと自動焦点機構とを組合わすことにより単
一サイズのステンシルから広範囲のサイズの像を得るこ
とが出来る。

この広帯域紫外光源を利用する実施例はレーザーシステ
ムを必要としない、広帯域紫外光源を用いる実施例に必
要とされる装置が比較的小型で軽量であるため、この実
施例の完全な光学系をロボットのエンドエフェクタに組
込むことができる。

第１３図〜第１６図は、紫外線硬化性塗料を用いた塗料
塗布法を示しており、該紫外線硬化性塗料を用いる技術
は塗料が所定の位置にのみ塗布され次いで塗料が硬化さ
れる点において、注文に応じて塗料の選択除去を行う現
存の技術と考え方が幾分似かよっている。

第１３Ａおよび１３Ｂ図は夫々自動車パネルのピンスト
ラブ形成のために利用される方法の工程を示し、そこで
はコンピュータ制御塗料アプリケータ（ＣＣＰＡ）２２
５がロボット制御される機構の手段により、塗装すべき
基板２２７を横断移動する。このような機構はここでは
例示されていないが、第１図に示したものと同様のもの
である。第１３Ｂ図示したように、従来型の紫外線ラン
プ２２９は、基板２２７の表面を横断移動する適当なハ
ウジング手段２３０内に収容されるものとして示されて
いる。ランプ２２９からの紫外線はＣＣＰＡ２２５によ
り塗布された塗料２３１を硬化させる。実際には、これ
らの工程はＣＣＰＡ２２５および紫外光ランプとハウジ
ング２３０両者を含む複合工具を移動することにより達
成できる。このような工具は塗料を塗布し、次いでこの
塗料を紫外線により照射する。この構成の明らかな利点
は硬化のためにレーザーシステムを使う必要がないこと
および基板から残留未硬化塗料を除去する必要がないこ
とである。

コンピュータ制御される塗料アプリケータ２２５は、コ
ンピュータ用プリンタで使われているインクジェットシ
ステムと同様の噴霧ジェットシステムを使用する。例え
ば、ヒ゛ユーレットーバッカード（Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐ
ａｃｋａｒｄ）社により製作されている”シンク−ジェ
ット（Ｔｈｉｎｋ−Ｊｅｔビプリンタがこの種の装置で
ある。このようなインクジェットプリンタのヘッドは第
１４図において、参照番号２４１で示されている。これ
らのヘッド２４１は電気的なインパルスにより個々に作
動できる小さな噴霧ノズル２４３を密集配列したものを
含んでいる。第１４図はこのようなノズル配列体を示す
ものである。印刷すべき文字−数字または図式記号は適
当な組の噴霧ノズル２４３を付勢することにより形成さ
れる。このような装置の他の例は米国特許第４，３５６
，２１６号、同第３，６０２，１９３号、同第２．８３
９．４２５号および同第３，５２９，５７２号明細書に
開示されている。

−以　　下　　余　　白　　− 自動車に装飾的な模様を施す場合、例えばビンストライ
プの所定の幅を得るのに必要な適当な配列の噴霧ノズル
を通電し、ＣＣＰＡを必要に応じて基板に沿って移動す
る。ビンストライプの幅を変更する必要が生じた場合、
必要に応じていくつかのノズルを作動させるか、または
停止させればよい。

ビンストライプの形成またはそのために必要なあらゆる
装飾的な模様の細部の形成にとって重要な要素は滑らか
で波状に変位しないエツジである。この特徴を得るため
には、各噴霧ノズル２４３を比較的近接させて配置しな
ければならない、第１４図においてｄｈおよびｄｖで示
された達成可能な最小間隔は０．００５〜０．０１０イ
ンチの範囲内にある。この間隔は大きすぎて、装飾的マ
ークの形成に必要なエツジ特性を得ることができない虞
れがある。しかしながら、このノズル配列体を、第１５
図に示したように、ノズルの列に対し小さな角度をなす
方向に移動させると、エツジの規則性をより一層厳密に
制御できる。第１５図において、ノズルヘッド２４５は
複数の噴霧ノズル２４７をもつものとして示され、該ノ
ズルは装飾的縞模様の形成に良く適したものである。そ
こにみられるように、該縞のエツジはさらに厳密に制御
できることが明らかである。というのは、第１４図の噴
霧ノズルの配列に示されているように、幅の最小変化量
ｄ°がｄ、まただｄｖよりもかなり小さいからである。

第１５図のＣＣＰＡ２２５は動作モードで図示されてい
る。黒丸は通電された噴霧ノズルを表わしている。ＣＣ
ＰＡの運動方向は同図に矢印２４９で示した方向である
。塗料の縞２５１が示されている。

この図から、この縞２５１の幅は通電すべき噴霧ノズル
の数および分布を変えることにより変更できる。この縞
の幅は、約０．００１〜０．００２インチの範囲の大き
さに出来るｄｏと同程度の小さな変化量により変えるこ
とができる。このＣＣＰＡの運動に対して直交する方向
にある該縞の全体としての位置は、第１図に示したよう
にロボット機構によりＣＣＰＡ全体の運動を制御して変
更できる。この縞の位置は異なる組の噴霧ノズルに通電
することによっても変えることができる。所望によりｄ
°径程度小さく出来るこの運動により縞の位置を精密制
御するための手段が与えられ、この精密制御はロボット
制御機構よりも優れており、かつこのことは装飾的縞模
様形成技術における重大な前進である。ＣＣＰＡ２２５
は、他の手段により得ることのできる以上に一層複雑な
縞状の模様を作成するのに利用できる。第１６Ａおよび
１６Ｂ図にみられるように、ビンストライプは第１６Ａ
図のように幅の変化する中実パターンあるいは図形また
は空孔Ｖをもつ複雑な縞とすることができ、後者は該縞
を通して下地の色を見えるようにしている。明らかに、
種々の開口模様を、ＣＣＰＡが基板の長さに沿って移動
するのに応じて、単に通電すべき噴霧ノズルの形状を変
えることにより得ることができる。

更に別の例として、本明細書に開示した塗料塗布システ
ムは完全な彩色図または壁画を作成するのに用いること
ができる。この作業を行うためにはＣＣＰＡを塗装すべ
き表面領域に亙りラスター走査する。ＣＣＰＡの第１回
目の通過中に、着色図絵の作成に必要な３原色の１つを
表面に塗布する。この塗料は上記の如く紫外線ランプを
用いて硬化できる。

ＣＣＰＡは表面の第２回目の走査の際に３原色の第２の
色を塗布する。次いでこの第２の色を硬化させる。次い
で、同じ手順に従って他の２つの色の上に第３の原色を
塗布する。

この方法によって、図柄の完全カラープリントが得られ
る。この全工程は、多くの点でカラー印刷プリントの作
成法と類似しているが、後者では従来式の印刷技術が利
用されている点では異なっている。ここに説明したカラ
ー塗装法においては、半透明塗料を用いることが望まし
く、そうすれば３つの３原色が全てみえるであろう。こ
の用途に利用できる他の技術は、３原色の塗布用の３つ
のＣＣＰＡを組合せて、表面上を横断８動して一回の走
査で３色全てを塗布する複合工具を含む。

この工具に取付けられた紫外光ランプは表面上の塗料を
硬化する機能を果たし、その結果完全なカラー図絵が得
られる。広い領域を塗装するには、複数のノズルを備え
た幅広のＣＣＰＡを用いて、必要となる表面走査数を最
小限に抑えることが出来る。このＣＣＰＡの一実施例は
幾分コンピュータ用のラインプリンタと類似する高速で
塗料パターンを塗布するための長い線形装置であり得る
。この種のＣＣＰＡは全図柄を唯一度の走査で塗装し、
ラスター走査工程の必要がなくなる。

第１７図を見ると、自動車、航空機、家電製品などのよ
うな物品３０３を１または２以上の紫外線硬化性塗料で
被覆するのに使用できる作業セル状構造体３０１が図示
されている。この構造体も紫外線硬化性塗料を塗布する
ための手段３０５を含んでいる。本図に示したような完
全なセルは、例えば本明細書に開示した技術を利用して
軍事用カムフラージュ塗装仕上げを施すのに使用できる
。更に、広帯域紫外光源３０７のパターン状配列体は該
セルの回りに配置されて、該セル内を搬送される物品に
塗布された塗料を硬化させる。

この作業セル構造体３０１内で、塗料塗布手段３０５お
よび光源３０７は、塗料源と塗装すべき物品３０３との
間の相対的運動がコンベア手段３０９によって与えられ
るように取付けることができる。かくして、本出願に係
るマーク付技術は移動中のあるいは静止している物体に
つき実施できる。

ここに開示された技術は、感光性塗料を塗布し、適当な
波長の光を放出する光源により硬化させるためのもので
ある。この技術は物体全体の被覆、表面上への文字−数
字の付着および装飾的マークの形成並びに縞模様の形成
などの用途に利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、組立ライン上の自動車に装蝕的模様を適用す
るための、本発明の塗料の塗布・選択除去システムおよ
び方法に利用するロボットの正面図であり、 第２図は本発明の特徴と組込んだ、塗料塗布・選択除去
作業セルの斜視図であり、第３図は、本発明の基礎原理
を立証するための、紫外レーザー硬化の予備実験で使用
する光学系の斜視図であり、 第４図は典型的なエキシマ−レーザーパルスのプロフィ
ールを示す図であり、 第５図は塗装された金属表面と相互作用するレーザービ
ームの一次元モデルを示す図であり、 第６図は、数種の異なるレーザーエネルギー密度の値に
対して、レーザーパルス長の関数として増加する基材の
表面温度の想定値を表わすグラフであり、 第７図は、数種の異なる吸収レーザーエネルギー密度の
値に対して、膜厚の関数として増加する塗膜温度の想定
値を表わすグラフであり、 第８図は本発明の塗料塗布・選択除去法を模式的に示し
た図であり、 第９図は、ステンシルを用いた従来のレーザーマーク付
システムの概略斜視図であり、第１０図は本発明の一実
施例で使用するレーザーマーク付システムの概略斜視図
であり、 第１１図は第６図に示されたレーザーマーク付システム
の別の実施例の概略斜視図であり、 第１２図は、広帯域紫外光源が感光性塗料の硬化のため
に設けられた、ステンシル回転体と組合せて使われる光
学系を模式的に示した図であり、 第１３Ａ図および第１°３Ｂ図は、広帯域紫外線硬化光
源を備えた、コンピュータ制御塗料塗布機を使用して、
硬化された装価模様を形成する各工程を模式的に示した
図であり、第１４図は、従来型のインクジェットプリン
トヘッドの噴霧ノズルを模式的に示した図であり、 第１５図は、紫外線硬化性塗料を用いる、コンピュータ
制御式塗料塗布システムで使用するのに適した噴霧ノズ
ルを模式的に示した図であり、 第１６Ａ図および第１８Ｂ図は第１５図に示した噴霧ノ
ズルを用いることにより作成できるピンストライプ模様
の例を示した図であり、および 第１７図は自動車に使用する自動化紫外線硬化性塗料の
塗布並びに硬化ステーションを模式的に示した図である
。 （主な参照番号） １・・・・・レーザー ３・・・・・レーザービーム ５・・・・・ステンシル ７・・・・・表面 ９・・・・・レンズ １１．１７ａ、１７ｂ　−−ステシル回転体１３．１９
　・・・・回転軸 １５・・・・・開口 ２１ａ、２１ｂ　　・・・中性開口 ２３ａ、２３ｂ　　・・・シャフト １１３・・・・・マニピュレータシステム１１５・・・
・・Ｘ軸系合体 １１７・・・・・Ｙ軸系合体 １１９・・・・・Ｚ軸系合体 １２１・・・・・多軸回転リスト機構 １２３・・・・・垂直支持部材 １２５・・・・・床 １２７・・・・・数値制御コンソール １２９・・・・・キャリッジ １３１．１３３　・・・・案内レール １３５・・・・・ハウジング １３７・・・・・支持部材集合体 １３９・・・・・カバー １５１・・・・・作業セル １５３・・・・・コンベアライン １５５・・・・・自動車 １７５・・・・・光学系 １７７・・・・・基礎部材 １７９・・・・・エキシマ−レーザー １８１・・・・・並進ステージ １８３・・・・・サンプル １９３・・・・・塗料 １９５・・・・・アパーチャ手段 １９７・・・・・ビーム ２０１・・・・・紫外レーザーマーク付システム ２０３・・・・・広帯域紫外光ランプ ２０５・・・・・コリメートレンズ ２０７・・・・・ステンシル ２０９・・・・・ズームレンズ手段 ２１１・・・・・塗料フィルム ２１３・・・・・基板 ２２５・・・・・ＣＣＰＡ ２２７・・・・・基板 ２２９・・・・・紫外線硬化ランプ ２３０・・・・・ハウジング手段 ２３１・・・・・塗料 ２４１・・・・・インクジェットプリンタヘッド ２４３・・・・・噴霧ノズル ２４５・・・・・ノズルヘッド ２４７・・・・・ノズル ２５１・・・・・塗料縞 ３０１・・・・・作業セル状構造体 ３０３・・・・・塗料塗布手段 ３０７・・・・・紫外光源 、−イ’ｌ　＋　ｌｕス長ξヤ、、、、Ｌ、　　　　　
ＦＩＧ、６綱

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面に予め定めた第１の寸法の模様を付着するため
   の塗料の塗布・選択除去装置であって、 該表面に上記予め定めた模様よりも大きく、かつその上
   に重ね合される第２の寸法の紫外線硬化性塗料の被膜を
   付着させる手段； 上記予め定めた模様と一致する予め定めたパターンで、
   上記の付着塗料の被膜に、紫外領域の平行化されたレー
   ザービームをあてて、該予め定めた模様の形の塗料を硬
   化させ、一方で未硬化塗料を該表面上にそのまま残すた
   めの手段；および 上記硬化した塗料表面に対して中性であるように選ばれ
   た溶媒の適用により、過剰噴霧部分を含む残部の未硬化
   塗料を除去して、上記の予め定めた模様の硬化した塗料
   を得るための手段を含むことを特徴とする塗料塗布・選
   択除去装置。 ２、表面に付着すべき予め定められた最終的な模様より
   も大きな寸法をもつ紫外線硬化性塗料の被膜を付着させ
   る手段； 平行化された紫外領域のレーザー光を予め定めたパター
   ンで操作して上記の付着された塗料の被膜を硬化するた
   めの手段；および 上記硬化した塗料に対して中性であるように選択された
   溶媒によって、残部の未硬化塗料を除去して、上記表面
   上に境界がはっきりした予め定めた模様を付着させるた
   めの手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の塗料塗布・選択除去装置。 ３、ロボット作業セルが、組立てラインの搬送手段上で
   該作業セルを通して搬送中の自動車に対して、塗料塗布
   ・選択除去を行うために設けられており、該搬送手段の
   対向する側部に配置された第１及び第２の工業用マニピ
   ュレータがＸ軸集合体、Ｙ軸集合体およびＺ軸集合体を
   構成する手段を含み、上記作業セルを通して搬送中の自
   動車の表面に紫外線硬化性塗料の被膜を付着するために
   Ｚ軸集合体の端部に配設したマニピュレータ手段と；紫
   外線を操作して、上記付着させた塗料の模様に向けて、
   該模様を硬化するための手段と；該硬化した塗料の表面
   に対して中性であるように選ばれた溶媒によって、該硬
   化した予め決められた模様近傍の自動車表面から残留す
   る未硬化塗料を除去する手段とを含むことを特徴とする
   特許請求の範囲第２項に記載の塗料の塗布・選択除去装
   置。 ４、物品の表面に、予め決められた一組のステンシルパ
   ターンから選ばれたパターンでマーク付するためのレー
   ザーマーク付システムを備え；該システムは、レーザー
   ビームを発生し、かつマーク付すべき物品の表面に、あ
   る光路に沿って該ビームを投射するレーザー手段と；該
   レーザービームを通さない材料でできた、かつ上記予め
   決められた一組のパターンを構成する複数の異る形状の
   開口部を有する部材を含むステンシル手段とを含み、該
   ステンシル手段が上記レーザービームの光路内に該パタ
   ーンをそれぞれ１つずつ選択的に配置するように取付け
   られていて、上記レーザー手段とは反対の上記ステンシ
   ル手段の側に上記物品表面にマーク付するための選択さ
   れたパターンに対応する横断面を持つレーザービームを
   形成することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載塗
   料塗布・選択除去装置。 ５、上記ステンシル手段が回転軸をもつ回転自在なステ
   ンシル回転体を含み、上記の複数の開口部が該回転軸の
   回りに円形弧状に配置されており、該ステンシル回転体
   が該回転軸を中心として回転するように取付けられてい
   て、上記パターンを上記レーザービームの光路内に選択
   的に配置することを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載の装置。 ６、上記ステンシル手段が相互に同心的に取付けられた
   複数の回転自在のステンシル回転体を含み、該各ステン
   シル回転体の異なる組のステンシルパターンと、上記レ
   ーザービームと整列関係になると妨害なしに該レーザー
   ビームを透過させる中性開口部とを有することを特徴と
   する特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７、組立てラインの搬送手段上で作業セルを通過中の自
   動車に対して塗料塗布・選択除去を行うための該作業セ
   ルを含み；該搬送手段近傍に設けられ上記作業セルを通
   過中の自動車の表面に紫外線硬化性塗料の被膜を付着さ
   せる手段を含む少なくとも１つのマニピュレータ手段と
   ；紫外領域の光を上記の付着させた塗料に向けて上記予
   め決められた模様を硬化させるための手段とを含むこと
   を特徴とする特許請求の範囲第４項〜第６項のいずれか
   １項に記載の装置。 ８、物品の表面に、所定の波長を有するレーザービーム
   または光ビームの照射で硬化可能な塗料を塗布し、所定
   のパターンをもつ該塗布された物品表面に上記所定の波
   長範囲のレーザービームを照射して、該照射パターン内
   に含まれる塗料を硬化させ、また該照射パターン外の塗
   料を未硬化状態のままとし、該未硬化塗料を該物品表面
   から除去する工程を含むことを特徴とする物品表面のマ
   ーク付方法。 ９、上記照射工程が上記レーザービームの方向に対し横
   断方向のレーザービームの断面形状を所定のパターンに
   する工程を含む特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０、上記形成工程が不透過部材の開口部を通してビー
   ムを通過させる工程を含み、該開口部が所定のパターン
   の形状を有することを特徴とする特許請求の範囲第９項
   記載の方法。 １１、上記不透過部材が、夫々異るパターンを形成する
   複数の開口部をもつ回転自在の円板形ステンシルを含み
   、該円板がこれを回転することにより上記ビームの光路
   内に上記開口部を選択的に配置し得るように設置されて
   おり、かつ上記形成工程が該円板を回転させて、選ばれ
   た開口を該レーザービームの光路内に配置する工程を含
   むことを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の方法
   。 １２、表面に予め決められた最終的な所定の模様よりも
   大きな寸法を持つ紫外線硬化性塗料の被膜を付着させる
   工程；予め決められちパターンで広帯域の紫外光を操作
   して、該付着させた塗料被膜を硬化させる工程；および
   該硬化させた塗料表面に対して中性であるように選択さ
   れた溶媒によって残された未硬化塗料を除去し、該表面
   上に境界のはっきりした予め決められた模様を付着させ
   る工程を含む、表面に予め決められた模様を付着させる
   塗料塗布・選択除去を行なう特許請求の範囲第８項記載
   の表面のマーク付方法。 １３、上記付着させた被膜が、上記予め決められた模様
   よりも大きな第２の寸法をもち、かつその上に重ねたも
   のであり、該付着させた塗料被膜上に、上記予め決めら
   れた模様と一致する予め決められたパターンで、広帯域
   の紫外光を照射して、該予め決められた模様内の塗料を
   硬化させ、一方で未硬化塗料を該表面上にそのまま残し
   、過剰噴霧された部分を包含する残りの未硬化塗料を、
   該硬化塗料表面に対して中性であるように選ばれた溶媒
   の適用により除去して、該予め決められた模様の硬化塗
   料を得ることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載
   の方法。 １４、ズームレンズ手段により上記付着させた塗料被膜
   に光を集光する工程を含み、これによって光の予め決め
   られたパターンを、該ズームレンズ手段の有効焦点長さ
   を変えることにより変化させることを特徴とする特許請
   求の範囲第１３項記載の方法。 １５、上記表面に塗料を付着させる工程が噴霧ノズル手
   段の密集配列体をもつコンピュータ制御式塗料アプリケ
   ータ手段により達成され該ノズル手段を選択的に作動ま
   たは停止することにより、該表面に塗料が噴霧されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の方法。 １６、自動車表面の上記塗料塗布・選択除去が、更に該
   表面に最初に付着させた塗料と異なる色の少なくとも第
   ２の紫外線硬化性塗料の被膜を付着させる工程を含み、
   該第２の被膜が予め決めた最終的な所定の模様に対応す
   る寸法を有し、かつ該被膜に紫外域の光を照射して該第
   ２の付着塗料被膜を硬化させる手段を含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第１５項記載の方法。